DE1130570B

DE1130570B - Electric winch device

Info

Publication number: DE1130570B
Application number: DEG21277A
Authority: DE
Inventors: Peter Scott; Bernard Hugh Stonehouse
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1956-01-11
Filing date: 1957-01-10
Publication date: 1962-05-30

Description

Elektrische Windeneinrichtung Die, Erfindung betrifft eine elektrische Windeneinrichtung, die aus einer elektrischen Antriebsvorrichtung mit einem Läufer und wenigstens einem Ständer sowie einer Windentrommel besteht, wobei die Antriebsverbindung zwischen der Windentrommel und dem Läufer derart ist, daß auch die Trommel den Läufer drehen kann, und der wirksame Durchmesser der Windentrommel in der Abwickelrichtung abnimmt.Electric winch device The invention relates to an electric winch Winch device consisting of an electric drive device with a rotor and at least one stand and one winch drum, the drive connection between the winch drum and the runner is such that the drum also has the runner can rotate, and the effective diameter of the winch drum in the unwinding direction decreases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Windeneinrichtung der obigen Art zu schaffen, bei der gewährleistet ist, daß bei freiem Fall der von der Winde getragenen Last die Bewegung der Last auch bei Störung der Starkstromversorgung geregelt wird.The invention is based on the object of an electric winch device to create the above type, in which it is ensured that in free fall of the load carried by the winch the movement of the load even if the power supply fails is regulated.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Antriebsvorrichtung ein Synchronmotor ist, der von einer Speiseanordnung versorgt wird, deren Frequenz geändert wird, um die Geschwindigkeit des normalen Auf- und Abwindens einer Last an der Trommel zu regeln, und die auf Null vermindert werden kann, um den Läufer und damit die Last in einer gewählten Stellung stationär zu halten, und daß der freie Fall der Last, beispielsweise bei Ausfall der Stromversorgung, infolge derVerminderung des effektiven Durchmessers der Trommel eine rasche Beschleunigung des Läufers einleitet, die infolge der Wechselwirkung zwischen dem Läufer und der oder einer Ständerwicklung eine automatische Brenisung der Last verursacht.This is achieved according to the invention in that the drive device is a synchronous motor, which is supplied by a supply arrangement, whose frequency is changed to the speed of normal ascending and descending of a load to regulate on the drum, and which can be reduced to zero to the runner and thus to keep the load stationary in a selected position, and that the free fall of the load, for example in the event of a power failure, as a result of the degradation the effective diameter of the drum initiates rapid acceleration of the rotor, as a result of the interaction between the rotor and the or a stator winding causes the load to burn automatically.

Eine Störung oder Ausfall der Stromversorgung der Antriebsvorrichtung würde beim Fehlen der Bremswirkung der Ständerwicklung bewirken, daß die Last an der Winde frei herabsinkt. Obgleich die Verminderung des wirksamen Durchmessers der Windentrommel bewirkt, daß die Last um einen kleineren Weg je Umdrehung der Trommel fällt, wenn das Seil abgewickelt wird, so wird das Abwickeln eine fortsetzte Beschleunigung der Trommel beim Fehlen irgendeiner Regelung hervorrufen. Durch die Bremswirkung der Ständerwicklung ist gewährleistet, daß die Beschleunigung der Trommel eine entsprechende Vergrößerung der Bremswirkung infolge Aufzehrung der Energie in der Wicklung erzeugt. Die Folge ist, daß die Trommeldrehzahl unter Kontrolle gebracht wird, und gleichzeitig bringt der abnehmende Durchmesser der Trommel den Vorteil, daß der Ablauf des Seiles vermindert wird. Die Erfindung umfaßt somit eine einfache Einrichtung, durch die die Bewegung der Last bei Ausfall oder Störung der Stromversorgung geregelt wird.A malfunction or failure of the power supply to the drive device would, in the absence of the braking effect of the stator winding, cause the load on the winch to drop freely. Although reducing the effective diameter of the winch drum will cause the load to fall a smaller distance per revolution of the drum as the rope is being unwound, the unwinding will cause the drum to continue to accelerate in the absence of any control. The braking effect of the stator winding ensures that the acceleration of the drum produces a corresponding increase in the braking effect due to the consumption of energy in the winding. The result is that the drum speed is brought under control, and at the same time the decreasing diameter of the drum has the advantage that the run-off of the rope is reduced. The invention thus comprises a simple device by means of which the movement of the load is regulated in the event of failure or disturbance of the power supply.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Speiseanordnung einen Induktionsregler auf, der von einem Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird, um eine Stromquelle veränderliche Frequenz zu schaffen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Drehzahl dieses Elektromotors in Abhängigkeit von der Änderung des wirksamen Durchmessers der Windentrommel einzustellen, so daß die Frequenz der Stromquelle so eingestellt werden kann, daß eine vorbestimmte Wickelgeschwindigkeit unter normalen Wickelbedingungen aufrechterhalten wird.According to a preferred embodiment of the invention, the feed arrangement an induction regulator powered by a variable speed electric motor is driven to provide a variable frequency power source, and that Means are provided to the speed of this electric motor as a function of adjust the change in the effective diameter of the winch drum, so that the Frequency of the power source can be adjusted so that a predetermined winding speed is maintained under normal wrapping conditions.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Widerstand in dem Stromkreis des Elektromotors vorgesehen sein, und es kann die Einstellung des Widerstandes in übereinstimmung mit der Änderung des wirksamen Durchmessers der Windentrommel geändert werden. Es ist vorteilhaft, daß die Speiseanordnung mit veränderbarer Frequenz eine Mehrphasenwechselspannungsquelle oder eine sich periodisch ändernde Gleichspannungsquelle ist.In a further embodiment of the invention, a resistor in the Circuit of the electric motor can be provided, and it can adjust the resistance in accordance with the change in the effective diameter of the winch drum be changed. It is advantageous that the feed arrangement with variable frequency a polyphase AC voltage source or a periodically changing DC voltage source is.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist besonders nützlich beim Heben und Senken von Neutronenauffangregulierstäben für Kernreaktoren, wo es wesentlich ist, die Bewegung der Regulierstäbe, genau zu steuern, und wo es ebenso notwendig ist, einen Notbetrieb bei Ausfall oder Störung der Stromversorgung zu berücksichtigen. Dabei ist es nicht immer gegeben, eine vorbestimmte Arbeitsgeschwindigkeit bei normalem Betrieb einzuhalten. Es kann sogar vorteihaft sein, die Drehzahl der Trommel konstant zu halten, während der Regalierstab in den Reaktorkern gesenkt wird, so daß durch seine Geschwindigkeitsabnahme die Wirkung des Regulierstabes auf die Aktivität des Reaktors bei Eintritt in den Reaktorkein ausgeglichen werden kann.The inventive design is particularly useful when lifting and lowering neutron trapping control rods for nuclear reactors where it is essential is to precisely control the movement of the regulating rods, and where it is equally necessary is to take into account an emergency operation in the event of failure or disruption of the power supply. It is not always there given a predetermined working speed to be observed during normal operation. It can even be advantageous to increase the speed of the Keep the drum constant while the racking rod is lowered into the reactor core is, so that the effect of the regulating rod by its decrease in speed on the activity of the reactor as it enters the reactor can.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemäßen elektrischen Windeneinrichtung dar.The drawing represents an embodiment of the inventive electrical winch device.

In der Zeichnung sind die beiden Windenmotoren1 und 2 Dreiphasenmotoren, und ihre Läufer3 oder 4 sind entweder direkt oder über ein Getriebe mit den Hubtrommeln 5 oder 6 gekuppelt. Die beiden Motore und ihre Hubtrommeln laufen synchron. Jeder Motor hat einen breiten, kontinuierlich regelbaren Drehzahlbereich und läuft mit niedrigen Drehzahlen in langen Zeitabständen. Jeder Motor ist so ausgelegt, daß er ein ausreichendes Drehmoment zum Halten der Last aufweist, und im Fall einer Stö-rung der Starkstromzufuhr wird die Geschwindigkeit der fallenden Last in bestimmter nachstehend genannter Weise geregelt. Jeder Läufer 3 oder 4 hat ein mehrpoliges Dauennagnetfeldsystem und arbeitet mit einem Ständer zusammen, der mit einer in sich ge- schlossenen Bremskreiswicklung 7 oder 8 und einer Dreiphasenwicklung 9 oder 10 ausgerüstet ist. Die beiden Dreiphasenwicklungen 9 oder 10 sind so angeordnet, daß sie von Niederfrequenzwechselstromsammelschienen 11 über ein Vierpolschütz 12 gespeist werden, und die Antriebsdrehzahl der Motoren wird durch Frequenzänderuno, der an die Sammelschienen 11 angeschlossenen Stromquelle geregelt. Jede Hubtrommel 5 oder 6 ist so ausgebildet, daß der wirksame Trommeldurchmesser, d. h. der Trommelradius an der Stelle, an der ein Seil abläuft, sich vermindert, wenn sich das Seil abwickelt, so daß sich bei konstanter Drehzahl der Trommel die Geschwindigkeit einer von dem Seil getragenen Last verringert. Diese Geschwindigkeit kann auf einen ganz kleinen Wert vermindert werden. Die Änderung des wirksamenDurchmessers jederHubtrommel kann einfach dadurch erreicht werden, daß das Seil auf sich selbst beispielsweise von einem kleinsten Durchmesser in der Größenordnung von 2,5 bis 5,1 cm auf einen größten Durchmesser in der Größenordnung von 15,2 bis 17,8 cm gewickelt wird. Ebenso kann die Oberfläche der Hubtrommel eine konische Form haben. Dabei soll das Seil von der Trommel vom größten zum kleinsten Kegeldurchmesser hin abgewickelt werden.In the drawing, the two winch motors 1 and 2 are three-phase motors, and their rotors 3 or 4 are coupled to the lifting drums 5 or 6 either directly or via a gearbox. The two motors and their lifting drums run synchronously. Each motor has a wide, continuously adjustable speed range and runs at low speeds at long intervals. Each motor is designed so that it has sufficient torque to hold the load, and in the event of a fault in the power supply, the speed of the falling load is regulated in certain ways mentioned below. Each runner 3 or 4 has a multi-pole Dauennagnetfeldsystem and cooperates with a stator with a certain self closed brake circuit winding 7 or 8 and a three-phase winding is equipped 9 or 10 degrees. The two three-phase windings 9 or 10 are arranged to be fed from low frequency alternating current busbars 11 through a four-pole contactor 12, and the drive speed of the motors is controlled by the frequency change of the power source connected to the busbars 11. Each lifting drum 5 or 6 is designed so that the effective drum diameter, i. H. the drum radius at the point at which a rope unwinds decreases as the rope unwinds, so that at a constant speed of the drum the speed of a load carried by the rope decreases. This speed can be reduced to a very small value. The change in the effective diameter of each hoist drum can be achieved simply by placing the rope on itself, for example from a smallest diameter on the order of 2.5 to 5.1 cm to a largest diameter on the order of 15.2 to 17.8 cm is wrapped. The surface of the lifting drum can also have a conical shape. The rope should be unwound from the drum from the largest to the smallest cone diameter.

Bei Störung der Stromversorgung der Motoren 1 und 2 von den Sammelschienen 11 arbeiten die Läufer 3 und 4 mit den Bremskreiswicklungen 7 und 8 zusammen, um Bremsmomente auszuüben. Statt der Wicklungen 7 und 8 können auch Mittel vorgesehen werden, die die Dreiphasenwicklungen 9 und 10 der Motoren in einen oder mehrere geschlossene Bremskreise schalten. Neben der Erzielung einer elektrischen Bremsung unter Stromstörungsbedingungen liefern die Läufer 3 und 4 auch ein ausreichendes Drehmoment, um die Last im stationären Zustand festzuhalten, wobei dann die Stromversorgung von den Sammelschienen 11 konstant ist, wie im folgenden beschrieben wird.If the power supply to the motors 1 and 2 from the busbars 11 fails, the rotors 3 and 4 work together with the brake circuit windings 7 and 8 to exert braking torques. Instead of the windings 7 and 8 , means can also be provided which switch the three-phase windings 9 and 10 of the motors into one or more closed brake circuits. In addition to providing electrical braking under power disturbance conditions, the rotors 3 and 4 also provide sufficient torque to hold the load steady, with the power supply from the busbars 11 then constant, as will be described below.

Die elektrische Stromversorgungsanordnung zur Speisung der Sammelschienen 11 umfaßt eine Frequenzwandleranordnung, die von Hauptwechselstromsammelschienen 13 mit der Frequenz 50 Hz gespeist wird und die Sammelschienen 11 mit Wechselstrom einer Frequenz von 0 bis etwa 5 Hz versorgt. Bei der Frequenz Null werden die Läufer 3 und 4 und die Hubtrommel 5 und 6 ortsfest gehalten, und durch Regeln der Frequenz wird die Drehzahl der Motoren 3 und 4 geregelt. Die Frequenzwandleranordnung umfaßt einen Induktionsregler 14, einen Dreiphasentransformator 15 mit vier Wicklungen (mit einer Primärwicklung 16 und drei Sekundärwicklungen 17, 18 und 19), drei Gleichrichtertransformatoren 20, 21 und 22 und drei Vollweggleichrichternetzwerke 23, 24 und 25, deren Ausgangsklemmen über in Kommutatorbauart ausgebildete, an einer Welle 29 angeordnete Schaltvorrichtungen 26, 27, 28 mit den entsprechenden Phasen der Sammelschienen 11 verbunden sind, wobei die Welle 29 durch Zahnräder mit der Welle des Induktionsreglers 14 gekuppelt ist.The electrical power supply arrangement for feeding the busbars 11 comprises a frequency converter arrangement which is fed from main alternating current busbars 13 at a frequency of 50 Hz and supplies the busbars 11 with alternating current at a frequency of 0 to about 5 Hz. At zero frequency, the rotors 3 and 4 and the lifting drum 5 and 6 are held stationary, and the speed of the motors 3 and 4 is controlled by regulating the frequency. The frequency converter arrangement comprises an induction regulator 14, a three-phase transformer 15 with four windings (with a primary winding 16 and three secondary windings 17, 18 and 19), three rectifier transformers 20, 21 and 22 and three full-wave rectifier networks 23, 24 and 25, the output terminals of which have a commutator design , switching devices 26, 27, 28 arranged on a shaft 29 are connected to the corresponding phases of the busbars 11 , the shaft 29 being coupled to the shaft of the induction regulator 14 by gears.

Der Läufer des Induktionsreglers 14 ist so angeordnet, daß er über einen Vierganggetriebekasten 30 von einem kleinen Gleichstrommotor 31 angetrieben wird. Der Getriebekasten 30 kann drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang haben, wobei die Drehzahl des Rückwärtsganges gleich der Drehzahl des kleinsten Vorwärtsganges ist. Die Umlaufgeschwindigkeit des Reglerläufers regelt die Drehzahl der Läufer 3 und 4 der Windenmotoren 1 und 2, und wenn die Drehzahl Null erforderlich ist, ist die Anordnung so getroffen, daß eine elektrisch betätigte Bremse 32 den Reglerläufer in einer festen Stellung verriegelt.The rotor of the induction regulator 14 is arranged to be driven by a small DC motor 31 through a four-speed gearbox 30. The gear box 30 can have three forward gears and one reverse gear, the speed of the reverse gear being equal to the speed of the lowest forward gear. The speed of rotation of the governor rotor controls the speed of the rotors 3 and 4 of the winch motors 1 and 2, and if zero speed is required, the arrangement is such that an electrically operated brake 32 locks the governor rotor in a fixed position.

Da sich der Radius des Seilabzuges von jeder Hubtrommel ändert, d. h., da sich der wirksame Durchmesser jeder Trommel ändert, ist es erforderlich, falls konstante Hub- oder Senkgeschwindigkeit der Last verlangt wird, die Drehzahl des den Läufer des Reglers 14 antreibenden Gleichstrommotors 31 auf den wirksamen Durchmesser der Trommeln zu beziehen. Somit wird, wenn das Seil auf einen kleinen Radius gewickelt ist, eine höhere Motordrehzahl erforderlich sein. Die erforderliche Wechselbeziehung wird durch die Verwendung eines Hilfsmotors 33 erhalten, der den Motoren 1 und 2 entspricht, aber nicht mit der geschlossenen Bremskreiswicklung versehen ist. Der Motor 33 ist an die Sammelschienen 11 angeschlossen und arbeitet auf einen Feld- (oder Anker-)stromkreiswiderstand für den Motor 31 und einen die Stellung der Last anzeigenden Anzeiger 35. Der Motor 31 wird von den Wechselstromsammelschienen 13 über Gleichrichter 36 gespeist, und der Widerstand 34 regelt die Erregung der Nebenschlußwicklung 37 des Motors 31 in solcher Weise, daß eine konstante Geschwindigkeit der Winden aufrechterhalten wird. Der Gleichstrommotor 31 umfaßt neben der Lieferung einer konstanten Geschwindigkeit für die Winden auch ein Mittel zum Regeln der Drehzahl des Reglerläufers, so daß ein breiter Drehzahlbereich des Reglerläufers erhalten wird.Since the radius of the cable withdrawal changes from each hoist drum, i. That is, since the effective diameter of each drum changes, it is necessary, if constant lifting or lowering speed of the load is required, to relate the speed of the DC motor 31 driving the rotor of the governor 14 to the effective diameter of the drums. Thus, when the rope is wound on a small radius, a higher engine speed will be required. The required interrelationship is obtained through the use of an auxiliary motor 33 which corresponds to motors 1 and 2 but which is not provided with the closed loop brake circuit winding. The motor 33 is connected to the busbars 11 and operates on a field (or armature) circuit resistance for the motor 31 and an indicator 35 showing the position of the load. The motor 31 is fed from the AC busbars 13 via rectifier 36 , and the Resistor 34 controls the excitation of the shunt winding 37 of the motor 31 in such a way that a constant speed of the winches is maintained. In addition to providing a constant speed for the winches, the direct current motor 31 also includes a means for regulating the speed of the governor rotor, so that a wide speed range of the governor rotor is obtained.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electric winch device, consisting of an electric drive device with a runner and at least one stand as well as a winch drum, the drive connection between the winch drum and the runner being such that the drum can also rotate the runner, and the effective diameter of the winch drum in the unwinding direction decreases, characterized in that the drive device is a synchronous motor (1 or 2) which is supplied by a feed arrangement (11) , the frequency of which is changed in order to increase the speed of the normal winding up and down of a load on the drum ( 5 or 6) , and which can be reduced to zero in order to keep the rotor (3 or 4) and thus the load stationary in a selected position, and that the free fall of the load, for example if the power supply fails , as a result of the reduction in the effective diameter of the drum, initiates a rapid acceleration of the rotor, which as a result of the W reciprocal effect between the rotor and the or a stator winding causes an automatic braking of the load.

2. Electric winch device according to spoke 1, characterized in that the feed arrangement (11) has an induction regulator (14) which is driven by an electric motor (31) at variable speed to create a power source of variable frequency, and that means are provided to adjust the speed of this electric motor in accordance with the change in the effective diameter of the winch drum, so that the frequency of the power source can be adjusted so that a predetermined winding speed is maintained under normal winding conditions. 3. Electric winch device according to claim 2, characterized in that a resistor (34) is provided in the circuit of the electric motor (31) and the setting of the resistor is changed in accordance with the change in the effective diameter of the winch drum. 4. Electric winch device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the feed arrangement with variable frequency is a polyphase AC voltage source or a periodically changing DC voltage source. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 852482, 682482; Swiss patents No. 310 022, 248 080, 215 734; French Patent No. 1132 3 10; German patent application S 3049 VIII b 21 d2 (published March 26 , 1953); Ernst Hellmut "Die Hebezeu-e", Braunschweic, 1.955, 1st volume, pp. 229 to 233, and 1953, 111th volume, p.229.